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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Nombre del proyecto
ELABORACIÓN DE MESAS DIDÁCTICAS PARA CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
Empresa
Integración Total en Automatización S. de R.L. de C.V.
Memoria
Que como parte de los requisitos para obtener el título de Técnico Superior Universitario en Mecatrónica Área
Automatización .
Presenta
Ricardo Sánchez Uribe
Asesor UTEQ. Asesor de la empresa José Felipe Aguilar Pereyra Michel Marín Gallegos
Querétaro, Qro. Diciembre de 2012
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RESUMEN
El presente proyecto consiste en la realización de una mesa didáctica, para lo
cual se comienza con un plan de trabajo, este plan se divide por semanas de
todas las actividades a realizar, durante el tiempo de la estadía. Siguiéndole con
la investigación y recopilación de datos, esta etapa consiste en investigar y
diseñar la mesa, pensar en las necesidades del alumno. Ya teniendo los datos
de la investigación se procede a realizar diseños, planos, para posteriormente
mandarlos a fabricantes que se encargarán de realizar la estructura de la mesa,
así mismo a distribuidores externos que proveerán otros componentes. Al
contar ya con todos los componentes, se realiza el armado de la mesa, que
contempla los siguientes procesos: armado de la estructura, instalación de
canaletas, instalación de rieles, instalación de equipo para el control, cableado
del equipo de control, cableado de la red y finalmente la instalación de un
transformador de potencia. Después de haber instalado todo el equipo, se
procede hacer una puesta en marcha para verificar que todo el equipo funcione
correctamente. Después de la puesta en marcha, se continúa con la colocación
del panel principal y la colocación de todos los detalles restantes de la mesa,
como son puertas, tapas, logotipos y final mente se termina con un protocolo de
pruebas de desempeño.
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Abstract The present project consists in the realization of a didactic Bureau, for which
begins with a work plan, this plan divided by weeks of all activities to be
performed, during the time of stay. Following with the research and data
collection, this stage involves researching and designing the table, thinks about
the needs of the student. Having the data of the research the next step is to start
the design, flat, to later send them to manufacturers who are responsible for the
structure of the table, thus same to external distributors that provide other
components. Having already all the components, the assemble of the table is
made, which includes the following processes occurs: reinforced structure,
installation of gutters, installation of Rails, installation of equipment for control,
control equipment wiring, cabling network and finally the installation of a power
transformer. After all, the l equipment is installed, the proceed of implementation
is underway to verify that all equipment is working properly. After starting up, it
continues with the placement of the main panel and the placement of all the
remaining of the table details, such as doors, covers, logos and it finishes with a
performance testing protocol.
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Dedicatorias
Este trabajo se lo dedico a mis padres Ricardo Sánchez y Estela Uribe,
quienes siempre han estado en mi vida apoyándome para ser mejor y a mis
hermanos, quienes siempre han sido parte muy importante de mi vida, así como
han sido un apoyo importante para mí.
A mis sobrinos, a quienes deseo un futuro promisorio.
A mis abuelos, quienes siempre me han motivado a salir adelante.
A mis tíos, de quienes con sus consejos he aprendido mucho.
A mis primos, con los que he pasado buenos momentos en mi vida y me
han apoyado.
A mi gran hermano del alma, Ángel Armando, por su apoyo que siempre
me da a seguir superándome.
A mis grandes amigos, Edgar Paul y Adrián, por los consejos y motivación
que siempre me han dado.
5
Agradecimientos
Le agradezco a la Universidad Tecnológica de Querétaro por darme una
educación de buena calidad durante mi carrera de TSU.
A los profesores que me impartieron clases, gracias por sus enseñanzas
que me han servido.
A la empresa, Integración Total en Automatización, por haberme dado la
oportunidad de haber realizado mi estadía.
En especial al señor Ricardo Marin, por recibirme en su empresa, de
igual manera a los Ing. Michel Marin e Ing. Alejandro Vázquez que estuvieron
conmigo apoyándome en la estadía.
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I N D I C E
Página
Resumen 2
Abstract 3
Dedicatorias 4
Agradecimientos 5
Índice 6
I. INTRODUCCION 7
II. ANTECEDENTES 7
III. JUSTIFICACIÓN 8
IV. OBJETIVOS 8
V. ALCANCES 8
VI. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 9
VII. PLAN DE ACTIVIDADES 19
VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS 20
IX. DESARROLLO DEL PROYECTO 24
X. RESULTADOS OBTENIDOS 62
XI. ANÁLISIS DE RIESGOS 63
XII. CONCLUSIONES 63
XIII. RECOMENDACIONES 64
XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 64
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I. INTRODUCCIÓN
En el presente reporte se describen las actividades realizadas durante el
periodo de estadía Agosto-Diciembre 2012 en la empresa Integración Total en
Automatización (ITA), respecto al proyecto: “Elaboración de mesas didácticas
para control y redes industriales”, que se llevó acabo en el cumplimiento de los
requisitos de la UTEQ para la obtención del título de Técnico Superior
Universitario.
El proyecto de estadía consistió en la realización, diseño, armado y
programación de la mesa didáctica con equipo SIEMENS S7-1200, la cual es
para uso estudiantil a nivel universitario, para la enseñanza y la práctica.
II. ANTECEDENTES
La empresa, Integración Total en Automatización S. de R. L. de C.V es
una empresa formada por ingenieros, técnicos y personas involucradas en la
venta, asistencia e integración de equipo de automatización, proyectos,
instrumentación y control.
El proyecto surgió a partir de la necesidad de contar con un simulador de
la familia SIEMENS 1200, que permita simular entradas y salidas analógicas y
digitales. También se requiere visualizar el control del proceso mediante un
panel táctil integrado en la mesa didáctica, la cual contará con un servo
sistema.
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III. JUSTIFICACIÓN
Este proyecto se desarrollará con la intención de diseñar, implementar y
probar una mesa didáctica para el ramo educativo, con la mayor tecnología en
equipo de automatización, siendo la primera empresa en desarrollar una mesa
didáctica para la automatización.
IV.OBJETIVOS
Desarrollar una mesa didáctica para el uso estudiantil a nivel universitario,
para que el alumnado pueda programar, controlar y visualizar proyectos.
V. ALCANCES
El alcance de este proyecto es diseñar, ensamblar y probar una mesa
didáctica con la finalidad que el alumno pueda programar, controlar, visualizar y
simular sistemas de automatización.
Ya que contará con una fuente de alimentación de 24volts, un PLC marca
Siemens® 1200, un switch para la red, un módulo de entradas para termopar,
un servosistema y un panel táctil para visualizar.
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VI. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
6.1 PLC( Controlador Lógico Programable )
Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son
Dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial. Hoy en día,
los PLC, ilustrado en la figura 1, no sólo controlan la lógica de funcionamiento
de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar
operaciones aritméticas y manejar señales analógicas para realizar estrategias
de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).
Figura 1. Controlador Lógico Programable.
Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y
computadoras en redes de área local y son una parte fundamental de los
modernos sistemas de control distribuido.
10
Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más
utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los
electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han
incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos
complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y
mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y
electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea
compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre sí.
En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operados, desde
los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos,
bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como
manejo de tablas, apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación
multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.
Los elementos básicos que integran un PLC incluyen módulo de entradas,
unidad central de procesamiento (CPU), módulo de salidas y un dispositivo de
programación tal como se ve en la figura 2.
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Figura 2. Elementos básicos que integran un PLC.
El tipo de módulo de entrada utilizado en un PLC dependerá del tipo de
dispositivo de entrada utilizado que se muestra en la figura 3. Algunos módulos
de entrada responden a las entradas digitales, también llamados entradas
discretas, que son del tipo on/off. Otros módulos responden a señales
analógicas, estas señales analógicas representan máquinas o condiciones de
procesos como un rango de valores de corriente o de voltaje. La función
principal de la entrada de circuitería de un PLC es el de convertir las señales
provenientes de estos varios botones y sensores a una señal lógica que puede
ser usada por el PLC.
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Figura 3. Módulos de entradas.
Las entradas del PLC pueden recibir señales digitales o analógicas como:
Digitales
Sinking (NPN): El sensor conmuta la carga (Entrada) a la terminal
negativa. La carga (Entrada) debe conectarse entre la salida del sensor y la
terminal positiva.
Sourcing (PNP): El sensor conmuta la carga (Entrada) a la terminal
positiva. La carga (Entrada) debe conectarse entre la salida del sensor y la
terminal negativa.
Analógicas en los siguientes intervalos: de 0 a 10 V, de 0 a 20 mA, de 4 a
20 mA.
El CPU evalúa el estado de las entradas, salidas y otras variables
conforme se ejecuta un programa almacenado. El CPU envía señales para
actualizar el estado de las salidas.
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El módulo de salida convierte las señales de control del CPU en señales
digitales o analógicas que se pueden utilizar para controlar varios dispositivos
de salida como se muestra en la figura 5.
Figura 5. Módulo de salidas.
El módulo de salidas puede enviar:
1. Digitales
Salidas a Relevador: Utilizadas en aplicaciones donde se requiere mayor
capacidad de voltaje y corriente y baja velocidad de conmutación.
Salidas a Transistor: Utilizadas en aplicaciones donde la frecuencia de
conmutación es alta, no hay partes mecánicas, la durabilidad se incrementa.
2. Analógicas: de 0 a 10 V, de 0 a 20 mA, de 4 a 20 mA.
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El dispositivo de programación se utiliza para cargar, descargar y
modificar los programas almacenados del PLC. Una vez introducido el
programa y las variables asociadas se almacenan en el CPU como se muestra
en la figura 6.
Figura 6. Dispositivos de programación.
El PLC Scan es cuando el programa del PLC se ejecuta como parte de un
proceso repetitivo referido como un escaneo, como se muestra en la figura 7.
- lectura de entradas.
- Ejecución del programa.
- Diagnostico y Comunicaciones.
- Actualización de salidas.
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Figura 7. Proceso cíclico del PLC.
En este sencillo ejemplo que se muestra a continuación, botones
pulsadores (sensores) conectados a las entradas del PLC son usados para el
arranque y paro; también se conecta un arrancador a una salida del PLC como
se muestra en la figura 8. [1]
Figura 8. Ejemplo arranque y paro con PLC.
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6.2 Pantalla Táctil.
Una pantalla táctil es una pantalla que mediante un toque directo sobre su
superficie, permite la entrada de datos y órdenes al dispositivo. A su vez, actúa
como periférico de salida, mostrando los resultados introducidos previamente.
El contacto con la pantalla táctil también se puede realizar con lápiz u otras
herramientas similares. En la figura 9 se muestra una pantalla táctil. [2]
Figura 9. Pantalla táctil.
6.3 CONMUTADOR (SWISTCH)
Este dispositivo de red se encarga de transmitir los datos de un segmento
a otro de acuerdo a la dirección MAC que tengan como destino las tramas de
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esta estructura. Su tarea hace foco en la conexión de diferentes redes y sus
correspondientes fusiones.
El switch, por su utilidad optimiza el rendimiento de las redes de área local
(conocidas como LAN por Local Área Network).se muestra un conmutador en la
figura 10. [3]
Figura 10. SIWTCH de red PROFINET.
6.4 SERVOSISTEMA
Se llama servosistema, o servomecanismo, a un sistema de control
retroalimentado en el que la salida es alguna variable física, como posición,
velocidad o aceleración entre otras.
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Por tanto, los términos servosistema, sistema de control de posición o de
velocidad o de aceleración, son sinónimos. Estos servosistemas se utilizan
ampliamente en la industria moderna, por ejemplo, con el uso de servosistemas
e instrucción programada se puede lograr la operación totalmente automática
de máquinas o herramientas. Se muestra el servosistema en la figura 11. [4]
Figura 11. Servosistema.
19
VII.PLAN DE ACTIVIDADES
A continuación se presentan las actividades más relevantes del proyecto:
Introducción e Investigación de los equipos a Elaborar: Se da una
plática sobre el proyecto que se va a realizar y se pide una
investigación para conocer el equipo que se va a instalar.
Diseño de diagramas unifilares: Se pide que se realice un
diagrama unifilar para la instalación del equipo.
Implementación de los diagramas unifilares: De acuerdo con los
diagramas se realiza la instalación del equipo para correcciones
de los diagramas.
Capacitación de los equipos S7-1200, S7-300 y redes Industriales:
Se dan capacitaciones de la programación de los equipos y las
diferentes redes industriales.
Pruebas de funcionamiento de equipo control, instrumentación y
redes: se realizan pruebas de encendido del equipo que estén
bien conectados que no tenga problemas con la alimentación.
Instalación de periféricos en las mesas de perfiles de aluminio: Se
instala los componentes en la mesa didáctica.
Programación de secuencias de control en PLC: Se realiza un
pequeño programa para checar el funcionamiento del equipo que
funcione adecuadamente
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En la tabla 1, se muestra el plan de actividades.
Tabla 1. Plan de actividades.
VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
8.1 Recursos Humanos.
Para este proyecto la empresa Integración Total en Automatización aceptó
la participación de alumnos de la UTEQ para que realizaran su estadía, así
como alumnos del Instituto Tecnológico de Oaxaca (ITO). El ensamble de las
mesas lo realizaron los alumnos, que recibieron la asignación de tareas por día
para cada uno de ellos, con el propósito de que realizaran diversas actividades.
En la tabla 2 se muestra los gastos por hora de los trabajadores.
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En la tabla 3 y 4 se muestran las características de los TSU e Ingenieros
requeridos.
GASTO POR HORAS.
Partida Descripción N° Horas Costo Hra Importe
1 TSU Mecatrónica 400 $20 $8,000
2 TSU Mecatrónica 400 $20 $8,000
3 TSU Mecatrónica 400 $20 $8,000
4 ING Electricidad 400 $20 $8,000
5 ING Electricidad 400 $20 $8,000
6 ING Electricidad 400 $20 $8,000
Tabla 2. Gastos por horas.
Tabla 3 – Características de TSU
Tabla 4. Características de ingeniero eléctrico
8.2 Recursos Materiales.
Para la realización del proyecto en la empresa Integración Total en
Automatización (ITA), se necesitó una PC para la programación, diversos tipos
Caracteristicas TSU MECATRONICA
INGLES 50%
EXPERTO NO INDISPENSABLE
MANEJO PLC
SOLID WORK
CARACTERISTICAS ING.ELECTRICIDAD
INGLES 80%
EXPERTOS NO INDISPENSABLE
MANEJO ALTATENSION
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de materiales y herramientas, las cuales son descritas en la tabla 5 de
materiales.
Los siguientes equipos son los más relevantes en la mesa:
Simatic S7-1200: es el producto más nuevo en la empresa
SIEMENS en la línea de los Simatics.
Sensor de nivel ultra sónico: de los sensores más modernos que
tiene la empresa SIEMENS calibrados con los mejores estándares
a nivel mundial.
El servosistema de la familia sinamics es lo más nuevo que tiene
SIEMENS en control de motores.
Las pantallas HIM es de las pantallas Touch más nuevas en la línea
de SIEMENS por la comunicación Ethernet.
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Tabla 5 materiales.
Cantidad UNIDAD Nº de parte Nº de almacen Descripción MARCA PRECIO DLS.
2 PZA. 6ES72141AG310XB0 96 SIMATIC S7-1200, CPU 1214C SIEMENS 600
2 PZA. 6ES72324HA300XB0 98 SIMATIC S7-1200, ANALOG OUTPUTSB 1232 SIEMENS 500
2 PZA. 6EP1332-1SH71 112 FUENTE DE PODER S7-1200 SIEMENS 400
2 PZA. 6GK7277-1AA00-0AA0 134 SWITCH ETHERNET S7-1200 SIEMENS 200
2 PZA. 6ES7231-5QD30-0XB0 120 MODULO TC S7-1200 SIEMENS 400
2 PZA. 6AV6651-7DE01-3AA0 111 PAQUETE HMI S7-1200 KTP600 SIEMENS 600
1 PZA. 1FK7022-5AK21-1DA3 100 Synchronous servo motor (feed motor) 1FT/1FK; 0.38 kW; Shaft height 28 mm SIEMENS 1000
3 PZA. 6XV1870-3RH60 147 CABLE ETHERNET SIEMENS 1000
1 PZA. 6SL3210-1SB12-3UA0 142 PM340 POWER UNIT; 0.37 kW; 2.30 A SIEMENS 600
1 PZA. 6FX5002-5CG01-1AC0 130 Motor supply cable; MOTION CONNECT 500 without brake cable (fixed mounting); 2.0 m SIEMENS 1000
1 PZA. 6SL3055-0AA00-4BA0 140 BASIC OPERTAROT PANEL SIEMENS 1000
1 PZA. 6SL3040-0JA01-0AA0 138 CU305 PN SIEMENS 1500
1 PZA. 6SE6400-3CC00-4AB3 137 LINE CHOKE SIEMENS 300
1 PZA. 6FX5002-2DC10-1AC0 129 DRIVE-CLiQ cable; DRIVE-CLiQ cable MOTION CONNECT 500 IP20/IP67 (fixed mounting); 2.00 m SIEMENS 600
20 PZA. 3SB3 244-6BA40 16 LAMPARA SEÑALIZACION DE PLASTICO VERDE 24 VCA/CC CON LED SIEMENS 100
1 PZA. TRANSFORMADOR TRIFASICO EN AIRE 220/440 V - 1KVA SIEMENS 650
2 PZA. 7ML1201-1EF00 SENSOR DE NIVEL ULTRASONICO SIEMENS
2 PZA. 7MF1565-3BE00-5GA1 SENSOR DE PRESION ABSOLUTA SIEMENS
2 PZA. 7ME6520-2DJ13-2LA2 SENSOR DE FLUJO SIEMENS
82 PZA. 250-572R 203 BORNES ROJOS STEREN 80
12 PZA. 250-572N 202 BORNES NEGROS STEREN 80
48 PZA. FEMA.5 207 FUSIBLES 0.5 mA STEREN 20
2 PZA. FEMA2.5 208 FUSIBLES 2.5 mA STEREN 20
28 PZA. SWITCH COLA DE RATA STEREN 10
50 PZA. FUS-AUE 209 PORTAFUSIBLE EUROPEO STEREN 60
4 PZA. 301-180 204 PLUG RJ45 STEREN 10
28 PZA. 250-200R 201 PLUG TIPO BANANA ROJO STEREN 0.5
2 PZA. CAI-105R 205 CAIMAN PARA CONECTAR UNA BANANA STEREN 10
2 PZA. S-116 210 SWITCH UN 1 POLO 2 TIROS 2 POSICIONES 10
2.5 m. MULTICONDUCTOR FLEXIBLE TIPO TW 4 X 3.31 mm (12 AWG) 5
1 PZA. CONECTOR TRIFASICO 20 AMP. 120/208 V ARROW HART 2
1 PZA. MULTICONTACTO DE SOBREPONER 127 V 5
EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO 1200
40000
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IX. DESARROLLO DEL PROYECTO
9.1 Diseño El diseño de la mesa didáctica la realizó el Ing. en Mecatrónica Michel
Marin Gallegos, en la figura 12 se muestra la mesa didáctica.
Figura 12. Mesa didáctica.
El diseño de la mesa fue pensada para alumnos que puedan realizar
prácticas de automatización, así mismo de redes, de visualización y control de
servo sistemas; cuenta también con diferentes tipos de sensores para que el
alumno pueda desempeñarse mejor en el ramo de la automatización.
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9.1.1 .Equipo y sus datos técnicos. En este subtema se describen técnicamente los equipos de control de la
mesa didáctica.
9.1.1.1 .Fuentes de alimentación PM1207
La fuente de alimentación PM1207 se alimenta 120V a 440v AC, la salida
de esta fuente es 24v DC.
En la figura 13 se muestra la fuente de alimentación y sus dimensiones.
9.1.1.2 EL MÓDULO DE SWITCH COMPACTO CSM 1277
El módulo de switch SIMATIC S7-1200 su alimentación es de 24v DC,
contiene 4 entradas de Ethernet de 10/100 Mbit/s, figura 14 se muestra un
switch y sus dimensiones.
Figura 13 . Fuente de alimentación S7-1200.
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Figura 14 Moduló de switch.
9.1.1.3 PLC 1200
La CPU 1214 es el modelo de PLC que se alimenta con 24v DC, por lo
que dispone de una fuente de alimentación interna de 24v DC, 14 entradas
digitales de 24v DC, 10 salidas digitales, a transistor, de 24v DC, 2 entradas
analógicas, módulo de comunicación Ethernet de 10/100 Mbit/s, en la figura 15
se muestra el PLC 1200.
Figura 15. PLC SIEMENS 1200.
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9.1.1.4 INTERFASE HOMBRE MÁQUINA
La pantalla KTP 600 PN, utilizada como interface hombre máquina, se
alimenta con 24v DC, la comunicación entre la pantalla y la CPU se hace
mediante una comunicación Ethernet; en figura 16 se muestra la pantalla
KTP600.
Figura 16. Pantalla KTP 600 PN.
9.1.1.5 MÓDULO DE SEÑALES DE TERMOPAR SM 1231
El módulo de señales analógicas de termopar SM 1231 (TC) se energiza
con 24v DC. Se pueden conectar 4 termopares al módulo, en la figura 17 se
muestra el moduló termopar.
Figura 17. Módulo termopar.
28
9.1.1.6 SERVOSISTEMA
El servosistema, SINAMICS S110, incorpora todas las funciones de
posicionamiento necesarias y domina tanto la regulación de servomotores
síncronos como la de motores asíncronos. También es compatible con los
sensores de velocidad más habituales en la práctica. La comunicación entre el
SINAMICS S110 y la CPU se hace mediante una comunicación Ethernet de
10/100 Mbit/s, en la figura 18 se muestra SINAMICS S110. [5]
Figura 18.SINAMICS S110.
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9.1.2 MESA DE PERFIL DE ALUMINIO
El diseño de la mesa se planeó con la finalidad que trabajaran dos
personas en ambos extremos, se pensó en un material resistente para que el
equipo estuviera protegido a todo momento. Figura 19 se muestra la estructura
de la mesa y sus dimensiones.
Figura 19, estructura de la mesa.
9.1.2.1 Simulación
Para poder simular las entradas digitales al PLC se instalaron interruptores
tipo cola de rata, en el caso de las salidas, para poderlas visualizar se
agregaron lámparas de led. En la figura 20 se muestran los simuladores
instalados en el panel principal.
30
Figura 20. Panel Principal.
9.1.3 Bornes.
Para poder disponer de las entradas y salidas del PLC, también se
colocaron bornes los cuales están conectados a las entradas de igual forman en
las salidas digitales y analógicas, para que el alumno pueda hacer procesos y
no solo simularlos, en la figura 20 se muestran los bornes instalados en el panel
principal.
Lámparas de led
Bornes IN digitales
Bornes OUT Analógicas
Bornes OUT digitales
OUT termopares.
Bornes IN Analógicas
Switchs cola de rata
31
9.1.4 Conexión eléctrica de la mesa.
La conexión eléctrica se hizo mediante los siguientes diagramas eléctricos .CARACTERÍSTICAS
ELÉCTRICAS Y DESCRIPCIÓN: EQUIPO 1200
Alimentación de la fuente
de poder en la
entrada127V/220V AC
Alimentación del
módulo entradas del
PLC 1200 a 24 V CD
Alimentación del SWITCH, PLC, TC y terminales de entradas digitales a 24 V CD
Salidas
digitales
Q0.0…Q1.1
Salidas del
TC
Alimentación del
módulo de salidas
del PLC 1200 a
24 V CD
Figura 21. Conexión eléctrica de componentes.
Alimentac
ión del
switch 24
V CD
32
En la figura 22 se muestra la conexión de los simuladores.
Figura 22. Entradas y salidas simuladores.
En la figura 23 se muestra la alimentación de la pantalla KTP600.
Figura 23. Pantalla KTP600.
Simulador de entradas y salidas digitales. 10 Salidas 14 Entradas
33
En la figura 24 se muestra la conexión de los bornes en el panel principal.
Figura 24 Tablero de Bornes.
En el circuito de figura 25 se muestra el diagrama de fuerza, la conexión del motor y driver SINAMICS.
Figura 25. Circuito de fuerza.
Tablero de bornes
10 Salidas
Digitales
14 Entradas
Digitales
Salidas del
SM 1231 TC 2 Entradas
Analógicas
1 Salida
Analógica
Alimentación del
servomotor 440 V
Alimentación del
SINAMICS a 254
V monofásico
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9.1.5 Alimentación eléctrica.
Para la alimentación eléctrica de la mesa, se consideró la alimentación
para el equipo del tablero, así como la alimentación de los servosistemas, para
los cuales se instaló un trasformador trifásico que se alimenta a 220v CA y lo
convierte a 440v CA, ya que el servo sistema se conecta a esa tensión de
salida. En la figura 26 se muestra el transformador con capacidad de 1KVA.
Figura 26 .Transformador
35
9.2 Ensamble de la mesa didáctica
En este apartado se describe como se realizó el armado de la mesa
didáctica.
9.2.1 Ensamble de perfiles
Esta mesa tiene las siguientes dimensiones: largo de 100.00 mm, alto de
1650.00 mm y de ancho tiene 500.00 mm. A continuación se muestra el detalle
de la unión de perfiles en la figura 27.
Figura 27. Detalle de unión
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9.2.1.1 Cabezal
El cabezal se ensambla con dos perfiles de aluminio de 45x45 mm de
grosor y 700.00 mm de largo, junto con un perfil de aluminio del mismo grosor y
410.00 mm de largo, también cabe mencionar que la altura del cabezal en la
que se encuentra con el suelo es de 1650.00 mm, podemos observar las
descripciones anteriores en las figuras que se muestran a continuación. En la
figura 28 se muestra el cabezal.
Figura 28. Cabezal.
700.0
0m
m
37
9.2.1.2 Parte superior
Ahora la parte superior consta de dos perfiles de aluminio de 45x45 mm
de grosor y 910.00 mm de largo, además se ensamblan con tres perfiles de
aluminio del mismo grosor y con 410.00 mm de largo, además la altura en la
que se encuentra la parte superior con el suelo es de 950.00 mm, para poder
tener una visualización mejor de la parte superior de la parte superior se
muestra en la figura 29.
Figura 29. Parte superior.
38
9.2.1.3 Parte posterior
Para ensamblar la parte posterior de la mesa se necesitan de cuatro
perfiles de aluminio de 45x45 mm de grosor por 900.00 mm de largo, también
dos perfiles de aluminio de ese mismo grosor por 910.00 mm y por ultimo por
otros dos perfiles de aluminio de 45x45 mm de grosor por 410.00 mm de largo,
así mismo la altura en la que se encuentra la parte posterior con el suelo es de
400.00 mm, enseguida se muestra la figura 30 para visualizar la parte posterior
de la mesa.
Figura 30. Parte posterior.
900
.00
mm
39
9.2.2. Pasos para el ensamblado.
1.- Se comienza ensamblando la parte superior junto con el cabezal.
2.- Enseguida se ensambla la parte posterior para así poder tener las
patas de la mesa.
3.- Por ultimo sería cuestión de unir los sub-ensambles de los pasos 1 y 2.
Se muestra en la figura 31 la mesa armada.
Figura 31 - Mesa armada.
40
9.2.2.2. Ensamble panel vertical
El panel vertical se constituye de una pieza de melamina de una longitud
de 91 x 41 cm, con dos saques en las orillas del centro de 4.5 x 4.5 cm. Para el
ajuste del panel principal en la mesa, se necesitan 6 pijas autobroncantes
planas de 4 x 1/2, las cuales se taladran en las orillas en donde haga contacto
con el perfil de aluminio.
9.2.2.3. El ensamble de la placa horizontal
La placa horizontal, construida de alucobon, consta de 91 cm de largo por
41 de ancho y tiene dos saques en las orillas de 4.5 x 4.5 cm, así mismo se
colocaran 6 pijas autobrocantes planas en los lugares donde haga contacto con
el perfil de aluminio para poder sujetar la placa.
Se necesita un orificio de 4 x 4 cm de los dos lados para poder pasar los
cables de alimentación, de redes y en su caso del equipo de cómputo, para ser
específicos el orificio debe de estar cerca de las canaletas de la parte derecha y
no deben salirse del panel al momento de poner la canaleta.
41
9.2.2.4. El ensamble de las placas verticales
Una vez que se cuenta con el orificio de 4 x 4 cm y la placa horizontal fija,
se ensamblan las dos paneles verticales cada una en cada lado de la mesa, las
cuales van a ir en el cabezal de dicha mesa, estos paneles verticales tienen
una longitud de 70 x 41 cm los cuales se fijan cada una con 7 pijas
autobrocantes cónicas de 4 x ¾. Así mismo, se taladran a la distancia del perfil
de aluminio y con un separo equidistante, para poder ajustarlos con más
presión. En la figura 32 se muestra la instalación de los paneles verticales y la
placa horizontal.
Figura 32. Ensamble de la placa horizontal y panel vertical.
Placa horizontal.
Panel vertical.
42
9.2.2.5. Rieles din
El riel DIN va servir para sujetar la fuente de poder, el switch, el PLC y el
módulo de termopar. La distancia que tiene el riel DIN es de 28 cm.
Para poder instalar el riel DIN es necesario colar nuestro panel principal
sobre el panel vertical, para poder marcar los componentes que se instalaran
con el riel DIM, la fuente de poder, el switch, el PLC y el módulo de TC, en el
panel vertical y no tener problemas al momento de tapar la mesa con el panel
principal, también se fijara con tres pijas autobrocantes taladradas a distancias
iguales, en la figura 33 se muestra instalado el riel DIN.
Figura 33. Riel DIN
Rieles DIM
43
Esto se desarrollara con el fin de elevar la canaleta a una altura tal que al
momento de tapar la mesa con el panel principal se coincida con la altura del
PLC.
9.2.2.6. Canaletas
Las canaletas nos van a servir para poder guiar de forma ordenada el
cableado dentro de ellas.
En cada lado de la mesa necesitaremos dos canaletas de 33 cm de largo
con grosor de 4x5 cm, otras dos de 91 cm de lago con el mismo grosor pero
una cortada con un ángulo de 45 grados y otra a 135 grados. Por último, vamos
a tener una canaleta a 41 cm de largo con su grosor de 4x5 cm con sus orillas a
45 y 135 grados respectivamente.
Para las canaletas de 91 cm de largo se instalarán a las orillas de la
panel vertical procurando de dejarlas a la misma distancia, en la parte superior
se instalan las canaleta de 41 cm a la medida del cabezal y por último se
colocan las dos canaletas de 33 cm, a una distancia de 26 cm midiendo desde
la parte inferior del panel vertical y otra a una distancia de 37 cm midiendo
desde la parte superior del panel vertical.
44
Se instalaran con pijas autobrocantes cónicas y con la base de riel DIN
cortada anteriormente y cada base instalada a una distancia equitativa, en la
figura 34 se muestra las canaletas ya instaladas.
Figura 34. Canaletas instaladas.
9.2.2.7. Instalación de instrumentación
Ya que se tenga el riel DIN a 28 cm y las canaletas posicionadas
correctamente, se instala la instrumentación, la cual consiste de:
A) Fuente de alimentación.
B) Switch de comunicación.
CANALETA 33 cm
CANALETA 41 cm
CANALETA 91 cm
45
C) PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC
D) El módulo de termopar.
En la figura 35 se muestra la instrumentación instalada en el riel
DIM.
Figura 35. Instrumentación.
9.2.2.8. Instalación de cableado para los componentes de la mesa.
Medición de cableado esto se hace con el fin de no tener problemas al
momento de cablear, por decir para que no sobre y tampoco nos quede corto el
cable. Cableado de la red profinet, antes de comenzar con la instalación en el
equipo se sugiere cablear la red profinet, la cual sale desde el switch para llegar
hasta la pantalla hmi, al servo sistema, al PLC, y se deja uno para la
computadora, los cables tendrán un recorrido dentro de la canaleta, figura 36 se
muestra cómo se coloca el cable.
46
Figura 36 .Colocación de cable.
Cableado de entradas/salidas simulador y alimentaciones.
Ya que se tenga cableado la red profinet se procede al cableado del
simulador y alimentaciones de la siguiente manera.
A) Primero para las entradas se deben de ponchar dos
cables uno que vaya al simulados de entradas (cola de rata) y otro
que vaya a los 14 bornes destinados para activar las entradas, la
parte del cableado que va ir a los bornes se va soldar con una
parte del porta fusible la cual vamos a cortar a la mitad.
B) Segundo, las salidas se poncharan con dos cables,
pero en su caso uno va al simulador de salidas y otro va a los 10
Cable profinet.
47
bornes destinados para la activación de las salidas, la parte del
cableado que va ir a los bornes se va soldar con una parte del
porta fusible.
C) Tercero, se tendrá que cablear las alimentaciones de
la instrumentación así como a las del simulador de e/i, a la
pantalla hmi y a la alimentación de los bornes.
D) Cuarto, por ultimo para el cableado de los bornes se
va soldar la otra parte del porta fusible para que no se dalle el
cable.
9.2.2.8.1 Cableado de alimentación trifásica.
Se instalara cable de alimentación trifásica del lado donde está en el
orificio de 4 x 4 cm para mandarlo al transformador, en la figura 37 se muestra
la conexión en el trasformador.
48
Figura 37. Conexión trifásica.
9.2.2.9. Panel principal
El panel principal mide 91 cm de largo por 41 cm de ancho, en el panel
principal se coloca lo siguiente:
simulador de entradas mediante interruptores tipo cola de rata.
Simulador de salidas mediante lámparas de leds.
Bornes de entradas digitales.
Bornes de salidas digitales.
Bornes de fuente externa 24v.
Bornes de entradas y salidas análogas.
49
Salidas del módulo de termopares,
Una interface hombre maquina (HMI KTP 600)
Para la proyección de las entradas y salidas digitales se instala un porta fusible
con un fusible de 0.5 A, en cada borne excepto las salidas y entradas
analógicas, en la alimentación a 24 v debe llevar un fusible de 2.5 A, en la
figura 38 se muestra la instalación de los bornes en el panel principal.
Figura 38 .Panel principal
50
Colocación del HMI, en la mesa se instala KTP-600 el cual está fijado, en el
orificio que le corresponde en el panel principal, con cuatro opresores los cuales
ayudaran a que el HMI se mantenga fijo, en la figura 39 se muestra la pantalla
instalada.
Figura 39. KTP 600.
9.2.2.10. Medición, corte y ensamble de tapas para canaleta
Cada canaleta colocada en la mese debe llevar una tapa para protección
del cable que pasara a través de esta, la mesa consta de dos tapas de
canaletas de 33 cm de largo por 5cm de ancho cortadas a un ángulo de 45° en
los dos extremos, y dos tapas de canaletas de 91 cm de largo por 5 cm de
ancho cortadas a un ángulo de 45° solo en los extremos superiores. Las tapas
51
se deben instalar de tal manera que todas las cejas de la canaleta queden por
dentro de la tapa, en la figura 40 se muestra las tapas de canaletas ya
instaladas.
Figura 40 .Canaletas.
9.2.2.11. Medición y corte de las anclas para panel principal
Las anclas sirven para soporte del panel y así impedir el movimiento de
este. Las anclas están fabricadas de riel DIN el cual tiene 14 cm de largo y 4.5
cm de ancho aproximadamente, este riel tiene 4 ranuras, 2 a 5 cm de largo y 2
a 10 cm de largo, esto para hacer un doblado tipo escalera y así tener un
soporte del panel con la mesa. Se instalan 4 anclas en cada mesa, una en cada
Canaletas
52
esquina del panel vertical, están fijadas con una pija autobrocante, en la figura
41 se muestra las anclas montadas en el panel vertical.
Figura 41. Anclas para panel principal.
9.2.2.12. Colocación de panel principal
En este tema se dan los pasos para la instalación del panel principal de la
mesa didáctica.
9.2.2.12.1. Conexión de los simuladores de las salidas
Los simuladores de salidas son 10 lámparas a 24v color verde y están
conectadas como alimentación en orden a cada salida del PLC S7-1200, en la
figura 42 se muestra las lámparas del simulador de las salidas.
Ancla
Ancla
Ancla
Ancla
53
.
Figura 42. Lámparas
9.2.2.12.2. Conexión de los simuladores de las entradas
Los simuladores de entradas está constituido de 14 interruptores tipo cola
de rata, y están conectados a las entradas del PLC S7-1200 en orden a partir
del bit 0, en la figura 43 se muestran instalados los simuladores de entras y
salidas conectados en el PLC.
Figura 43. Instalación de simuladores
Interruptores tipo
cola de rata
54
9.2.2.12.3. Conexión de los bornes y alimentación
Para la conexión de los bornes es necesario tener ya soldada la ceja del
borne al cable y así poder introducir el borne en el orificio del panel, se le
introduce una rondana, la ceja con el cable ya soldado y por ultimo dos tuercas,
en la imagen 44 se muestra los bornes de la fuente instalada en el panel
principal.
Figura 44. Conexión de bornes
9.2.2.13. Cierre del panel principal
Para el cierre del panel principal se realizara con pijas autobrocantes de 4
x ½, los orificios para las pijas del panel deben coincidir con los orificios ya
Fuente 24v
55
hechos en las anclas y así el panel quede sujeto, en la figura 45 se muestra en
donde se instalan las autobrocantes para colocación del panel principal.
Figura 45. Instalación de tornillos en el panel principal.
9.2.2.14. Pruebas
Se realiza una conexión de la mesa para probar que todas las entradas y
salidas estén conectadas en su respectivo lugar y el PLC, sus componentes y el
HMI funcionen correctamente, para probar las salidas y entradas es necesario
utilizar un cable tipo banana directo de la alimentación de 24v hacia la entrada o
salida que se desea probar y verificar si el LED que encendió es el correcto.
56
9.2.2.15. Colocación del transformador
Se utilizara un transformador de subida de 220/440 a 1Kw trifásico el cual
va a alimentar todos los componentes de la mesa, estará fijado por medio de
cintillos de plástico hacia la tabla inferior, en la imagen 46 se muestra la
conexión del transformación.
Figura 46. Instalación del cableado en el transformador.
9.2.2.15.1. Cableado de las líneas trifásicas
El cableado del transformador será con un cable trifásico el cual se
compone de cuatro cables calibre 12 color rojo, blanco y negro para las tres
líneas y verde para la fase este cable deberá tener en un extremo una clavija
trifásica conectada como corresponde, y el otro extremo será conectado a las 3
57
líneas del transformador y a la fase. A la salida del transformador estarán
conectados los componentes de la mesa.
9.2.2.15.2. Prueba del transformador trifásico
Se debe realizar una prueba del transformador antes de instalarlo la cual
consiste en medir la salida con un multímetro, verificar que el ruido que haga el
transformador no se muy fuerte.
9.2.2.16. Medición e instalación del servosistema
Para la instalación del servomotor es necesario medir la distancia
adecuada en la que se instalara que va ser de la siguiente manera:
Del lado contrario del transformador en la esquina de la panel inferior se
miden 109 mm se coloca el servomotor la cual va sujeta una base de acrílico
inclinada a 45 grados para poder observar adecuadamente el posicionamiento
del mismo. Para que el posicionamiento se vea más claro en la punta del
servomotor se coloca una placa circular de acrílico con diámetro de 50 mm en
donde se ilustra cada posicionamiento a distancias 45 grados, por último la
base de acrílico se instala con 3 pijas autobrocantes planas de 4x1/2.
58
A los 50 mm y a una altura igual a la del servomotor se encuentra el drive
la cual consta de 2 pijas planas autoborcantes de la misma medida para poder
sujetarlo adecuadamente.
Finalmente a 50 mm y a la misma altura del drive se instala la resistencia
del servomotor con 4 pijas autobrocantes planas en las esquinas de la
resistencia.
En la imagen 47 se ve como queda instalado el servosistema.
Figura 47. Instalación del servosistema.
9.2.2.17. Prueba con alimentación trifásica
Al momento de que ya tenemos conectado todo tanto el trasformador
como el servomotor tenemos que realizar un prueba con alimentación trifásica a
59
440, para así estar seguros con la conexión y de que después no vaya a tener
problemas.
9.2.2.18. Acabados
Ya que este verificado que haya funcionado adecuadamente el
trasformador y el equipo este prendido al momento de haberlo conectado con
alimentación trifásica se desconecta para empezar con los acabados y así
terminar nuestra mesa.
Se instalaran las cubiertas de acrílico en la mesa las cuales taparan la
estructura de la mesa y así dale mejor presentación a mesa, los acrílicos se
colocan en la parte frontal y lateral.
9.2.2.18.1. Colocación de logos
Teniendo las cubiertas se procede a pegar los logos de la universidad,
esta tiene que estar centrada entre las dos puertas para que la mitad se abra y
se cierra, pero la otra parte se quede en la parte fija de la puesta. Hay que tener
mucho cuidado de centrar los más posible que se pueda el logo, en la figura 49
se ve instalados el logo en las puertas
60
Figura 48. Instalación de acrílicos.
Figura 49. Instalación de logos en las puertas.
61
9.2.2.18.2. Colocación de etiquetas para panel
Se colocaran las etiquetas con los nombres o simbología de la
instrumentación, los simuladores de e/i, la alimentación y la masa, así como la
pantalla HMI. Se colocaran las etiquetas de una manera centrada con ele quipo,
en la figura 50 se ve la colocación de las etiquetas en el panel principal.
Figura 50. Instalación de etiquetas en el panel principal.
62
X. RESULTADOS OBTENIDOS
Los resultados obtenidos en la elaboración de las mesas didácticas fueron
exitosos por la buena organización con todo el equipo de personas encargadas
de este proyecto, los únicos retrasos que tuvimos con el proyecto se debía a
que el material electrónico a veces tardaba en llegar eso se debe a que todo el
equipo viene desde Alemania, ya que en el país no se fabrica el material.
Cumplimos con los tiempos dados y programados para la elaboración de
las mesas, con las entregas en las fechas programadas.
En el servosistema se realizó un programa pequeño donde se manipuló el
motor mediante grados dejando en 90° como punto inicial, después se giró
180°, 270° y 360°.
Para el termopar se realizó un PID con el cual se controló la temperatura.
Al programa se le indicaba a que temperatura se tenía que mantener, la
temperatura se generaba mediante una resistencia.
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XI. ANALISIS DE RIESGO
En la elaboración de las mesas didácticas básicamente las fallas que más
se presentan son las siguientes:
1. Cuarteaduras en las tapas de acrílico de las mesas.
2. Mal conexión de los cables en el panel principal.
3. Mal soldado de los cables.
4. Medición incorrecta de la distancia de los cables.
5. Mal atornillamiento de las autobrocantes.
Las fallas más frecuentes se deben a lo frágil del acrílico.
XII. CONCLUSIÓN
La empresa Integración Total en Automatización maneja muchos equipos
que van relacionados a la automatización y fue un placer realizar mi estadía en
ella, porque al realizar este proyecto me ayudo al manejo de herramientas
nuevas que no había utilizado, así mismo me ayudaron mucho en la área de
programación de Controlar Lógicos Programables por los cursos que se nos
impartieron.
Las facilidades que se dieron en la empresa I. T. A. para hacer uso de los
manuales, equipo, las capacitaciones y la disponibilidad del asesor de la
empresa ayudaron a culminar mí proyecto con éxito.
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XIII. RECOMENDACIONES
La recomendación para las mesas didáctica son:
1. Rediseñar un simulador que tenga botones pulsadores.
2. Que en las mesas se pueda programar en los dos lados el
servosistema.
3. Conexión a una línea bifásica.
4. Cambiar el acrílico por otro material, porque el acrílico es muy
delicado.
XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] http://www.uteq.edu.mx/tesis/IN/0100.pdf
Autor: Jonathan Suárez Razo.
Título: Diseño y Construcción de una cedula de trabajo con PLC y HIM
palen view.
Editorial: UTEQ
Año: 2011
País: México.
[2].http://www.mikroe.com/downloads/get/468/es_mikroe_article_basic_avr
_01_09.pdf
65
Autor: Mikro Elektronica.
Título: Pantalla táctil.
Editorial: Mikro Elektronica.
Año: 2012
País: México.
[3] http://books.google.com.mx/books?id=2zzUqp-Jp-
oC&pg=PA236&dq=conmutador&hl=en&sa=X&ei=kzf2UNCsL8ae2gXqkoHwCQ
&ved=0CDEQ6AEwAA#v=onepage&q=conmutador&f=false
Autor: Herrera
Título: Tecnología y Redes de Transmisión.
Editorial: Limusa
País: México
[4].http://books.google.com.mx/books?id=C8N816JjMkYC&pg=PR11&dq=
servosistemas&hl=en&sa=X&ei=6BT2UJqTLcfO2QXhroC4Aw&ved=0CC0Q6AE
wAA.
Auto: Francis Milsakt
Título: Servosistema lineales.
Editorial: Analyse
66
País: Paris.
[5].
http://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industry/drive_tech/flender/Documen
ts/Sinamics%20S110.pdf
Autor: SIEMENS
Título: Accionamiento montaje SINAMICS S110
Editorial: SIEMENS
País: México.